La stazione multiparametrica per il monitoraggio del trasporto fluviale dei sedimenti del sistema "Valle Aurona - Ghiacciaio del Monte Leone"

Nel giugno 2021, grazie alla collaborazione tra l’Università degli Studi di Milano (UNIMI), la Libera Università di Bolzano (UNIBZ) e il Consiglio Nazionale delle Ricerche (IGAG-MI), è stata installata una stazione multiparametrica di monitoraggio fluviale nella piana dell’Alpe Veglia, in corrispondenza del ponte che attraversa il torrente Aurona.

Grazie a questa realizzazione vengono misurati e trasmessi via internet, in continuo, i seguenti parametri:

La centralina di misura collegata con i sensori immersi nell'acqua.
I sensori immersi nel torrente.
  • Livello idrometrico: fornisce la misura (in metri) della superfice dell’acqua al di sopra del sensore (piezometro). Solitamente, per ovvi motivi di protezione, il sensore non viene posizionato sulla linea di maggior profondità dell’alveo fluviale (thalweg), quindi per conoscere realmente la profondità del canale va sommata alla misura del sensore la distanza verticale thalweg-sensore (che purtroppo non è immutabile). Questo parametro è indispensabile per poter misurare la sezione idraulica dell’alveo, dalla quale si ottiene la portata moltiplicandola per la velocità media della corrente fluviale.
  • Conducibilità elettrica dell’acqua: misurata in micro Siemens per cm (µS/cm). I sali disciolti nell’acqua consentono il passaggio della corrente elettrica perché sono in forma ionica, cioè dotati di una o più cariche elettriche: in tutte le tipologie di acque, da quelle sotterranee a quelle piovane, troviamo ioni sodio, ioni potassio, ioni cloruro, ioni solfato e altri, in concentrazioni diverse. Siccome la conducibilità aumenta in modo proporzionale alla concentrazione delle sostanze disciolte, questo parametro è utile per ottenere un valore, seppur approssimativo, del contenuto salino di un’acqua. 

  • Temperatura dell’acqua: in gradi Celsius (°C). Poiché il valore della conducibilità dipende anche dalla temperatura, la misura di questo parametro deve essere sempre accompagnata dal valore della temperatura a cui è stata misurata.

  • Carico sospeso (suspended load): viene stimato in base alla misura della torbidità dell’acqua in unità nefelometrica di torbidità (NTU sta per Nephelometric Turbidity Unit) e significa che lo strumento sta misurando la luce diffusa da un campione ad un angolo di 90 gradi rispetto alla luce incidente.

Negli ambienti montani il carico sospeso è il principale costituente dell’esportazione dei sedimenti. La concentrazione di sedimenti sospesi è caratterizzata da un’elevata variabilità spaziale (sezione trasversale) e temporale. Un modo comune per calcolare il carico annuale di sedimenti sospesi e il carico delle singole classi di flusso è quello utilizzare le curve di durata del flusso e le curve di valutazione per la relazione tra la Concentrazione di Sedimenti Sospesi (SSC) e la portata.

Strumento per la misura manuale delle grandezze misurate dalla stazione, e per determinare la portata del torrente con prove in loco.

Carico solido in sospensione

Le difficoltà di ottenere serie temporali affidabili della concentrazione di sedimenti sospesi può essere superata con campionamenti frequenti (nel nostro caso quasi in continuo) e calcoli di interpolazione per il tempo tra gli intervalli di campionamento. Anche se la misura della torbidità è il metodo indiretto più frequentemente usato per il monitoraggio continuo della concentrazione di solidi sospesi, il segnale di torbidità è influenzato non solo dalla concentrazione dei sedimenti, ma anche dalla loro distribuzione granulometrica, dal colore e dal contenuto di materiale organico, che può essere un componente importante nelle regioni glacializzate. La relazione tra le unità di torbidità e SSC deve essere calibrata per ogni singola stazione di misurazione. Inoltre a causa della variazione spaziale di SSC nella sezione trasversale, ci sono differenze, a volte anche notevoli, tra il valore fornito dai modelli teorici e di laboratorio e quelli delle misurazioni empiriche sul campo. Questa variabilità nei profili trasversali persiste anche quando il flusso è altamente turbolento, infatti sono state osservate significative variazioni temporali e spaziali della concentrazione di sedimenti sospesi e della composizione granulometrica anche nel corso degli eventi alluvionali.

Il torrente Aurona dal ponte all'Alpe Veglia (7 luglio 2021)

Carico solido di fondo

A completamento del monitoraggio del trasporto fluviale dei sedimenti viene anche rilevato un ulteriore parametro che deve essere però misurato periodicamente in-situ, nel tratto di alveo adiacente alla stazione di misura, tramite l’uso di apposite “trappole” dei sedimenti: il carico di sedimenti trasportati sul fondo dell’alveo.

La quantità di carico di fondo che ci si può aspettare è molto variabile, in quanto il trasporto del carico di fondo è il processo di trasporto dei sedimenti fluviali più complesso
sia per quanto riguarda la sua misurazione che la quantificazione. Questa complessità è dovuta a una combinazione di fattori che sono legati alla variabilità spaziale e temporale del processo, alle condizioni morfometriche e idrauliche del sito, alle caratteristiche granulometriche e di forma del carico di fondo e delle particelle della superficie del letto. 

Per raccogliere sul campo serie di dati accurati sul carico di fondo vengono utilizzate diverse tecniche dirette ed indirette con diverso successo. Di queste, nessuna può essere chiaramente preferita, quindi in molti casi una combinazione di diversi approcci di
misurazione porterà a risultati soddisfacenti.

Per una corretta misurazione del carico di fondo sul letto stesso, deve essere prima effettuata sul campo la mappatura della morfologia del letto rispetto alle sequenze riffle-pool, step-pool, affioramenti di bedrock, grandi detriti legnosi e canale, oltre ad analisi dettagliate della granulometria della superficie (mediante conteggio dei ciottoli/griglia per numero) e del materiale subsuperficiale (per volume, per peso) per ottenere informazioni sulla rugosità e sulla distribuzione granulometrica.  

Il trasporto fluviale del carico di fondo (bedload) di un corso d’acqua in ambiente periglaciale mostra la sua massima intensità e un picco intra-annuale durante l’alto deflusso generato dalla fusione della neve in giugno. Infatti è in primavera (aprile-giugno) che la maggior parte dei sedimenti viene consegnata dai pendii nei canali principali dei torrenti a causa di cadute di massi, valanghe di neve valanghe, erosione delle rive dei canali e trasferimenti fluviali attraverso piccoli affluenti. In estate (luglio-agosto) invece, quantità significative di materiale può essere fornito sia dall’erosione della sponda del canale del torrente, ma soprattutto dai contributi degli affluenti collegati ai ghiacciai, che giungono all’interno dei canali principali durante l’alto deflusso indotto dalla fusione dei ghiacciai. In questo tipo di ambiente montano ripido e parzialmente glacializzato, quantificare i tassi di trasporto fluviale attuale del bedload e delle portate annuali di bedload per i bacini di drenaggio, permette di fare affermazioni sull’importanza assoluta e relativa del trasporto fluviale del bedload. 

La piana dell'Alpe Veglia nella giornata piovosa del 7 luglio 2021.

In tal modo, potrebbero essere osservati i possibili effetti del cambiamento climatico globale sui bilanci sedimentari e sul trasporto del bedload fluviale, infatti una ridotta quantità di neve in inverno porterebbe a un minore numero annuale di valanghe di neve e, di conseguenza, a minori quantità di materiale trasferito nei canali principali del torrente. L’analisi dettagliata del trasporto fluviale del carico di fondo in bacini di drenaggio collegati ai ghiacciai fornisce quindi approfondimenti sulle fonti più importanti di sedimenti, sull’immagazzinamento del bedload nel canale, sulla variabilità spazio-temporale e sul controllo dei tassi di trasporto del bedload, permettendo di valutare l’importanza assoluta e relativa del bedload fluviale all’interno dei bilanci sedimentari di queste valli caratterizzate da versanti ripidi e climi freddi.


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